Immersed boundary lattice Boltzmann method has been applied to analyze the characteristics of the self-propelled fish motion swimming robot. The airfoil NACA0012 with caudal fin stroke model was considered to examine the characteristics. The foil in steady forward motion and a combination of steady-state harmonic deformation produces thrust through the formation of a flow downstream from the trailing edge. The harmonic motion of the foil causes unsteady shedding of vorticity from the trailing edge, while forming the vortices at the leading edge as well. The resultant thrust is developed by the pressure difference formed on the upper and lower surface of the airfoil. and the time averaged thrust coefficient increases as Re increase in the region of $Re{\leqq}700$. The suggested numerical method is suitable to develop the fish-motion model to control the swimming robot, however It would need to extend in 3D analysis to examine the higher Re and to determine the more detail mechanism of thrust production.
3-D numerical studies are performed to investigate the effect of the air dam height and approaching air velocities on the pressure distribution of notchback road vehicle. For this purpose, the models of test vehicle with four different air dam heights are introduced and PHOENICS, a commercial CFD code, is used to simulate the flow phenomena and to estimate the values of pressure coefficients along the surface of vehicle. The standard $k-{\varepsilon}$ model is adopted for the simulation of turbulence. The numerical results show that the height variation of air dam makes almost no influence on the distribution of the value of pressure coefficient along upper and rear surface but makes strong effects on the bottom surface. That is, the value of pressure coefficient becomes smaller as the height is increased along the bottom surface. Approaching air velocity makes no differences on pressure coefficients. Through the analysis of pressure coefficient on the vehicle surface, one tries to assess aerodynamic drag and lift of vehicle. The pressure distribution on the bottom surface affects more on lift than the pressure distribution on the upper surface of the vehicle does. The increase of air dam height makes positive effects on the lift decrease but no effects on drag reduction.
The three-dimensional spatial structures of impeller flow created by a six bladed Rushton turbine have identified based on the volumetric velocity information from multi-plane stereoscopic PIV measurements. A total of 10 planes with 2 mm space with a 50 mm by 64 mm size of the field of view were targeted. To reduce the depth of focus, we adopted an angle offset configuration which satisfied the Scheimpflug condition. The distortion compensation procedure was utilized during the in situ calibration. Phase-locked instantaneous data were ensemble averaged and interpolated in order to obtain mean 3-D, volumetric velocity fields on a 60 degree sector of a cylindrical ring volume enclosing the turbine blade. Using the equi-vorticity surface rendering, the spatial structure of the trailing vortices was clearly demonstrated. Detail flow characteristics of the radial jet reported in previous studies of mixer flows were easily identified.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.6
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pp.773-780
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2003
The three-dimensional spatial structures of impeller flow created by a six bladed Rushton turbine have identified based on the volumetric velocity information from multi-plane stereoscopic PIV measurements. A total of 10 planes with 2 mm space and a 50 mm by 64 mm size of the field of view were targeted. To reduce the depth of focus, we adopted an angle offset configuration which satisfied the Scheimpflug condition. The distortion compensation procedure was utilized during the in situ calibration. Phase-locked instantaneous data were ensemble averaged and interpolated in order to obtain mean 3-D. volumetric velocity fields on a 60 degree sector of a cylindrical ring volume enclosing the turbine blade. Using the equi-vorticity surface rendering, the spatial structure of the trailing vortices was clearly demonstrated. Detail flow characteristics of the radial jet reported in previous studies of mixer flows were easily identified.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.3
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pp.356-365
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2001
Heat (mass) transfer characteristics have been investigated on the endwall of a large-scale linear turbine cascade. Its profile is based on the mid-span of the first-stage rotor blade in a industrial gas turbine. By using the naphthalene sublimation technique, local heat (mass) transfer coefficients are measured for two different free-stream turbulence intensities of 1.3% and 4.7%. The results show that local heat (mass) transfer Stanton number is widely varied on the endwall, and its distribution depends strongly on the three-dimensional vortical flows such as horseshoe vortices, passage vortex, and corner vortices. From this experiment, severe heat loads are found on the endwall near the blade suction side as well as near the leading and trailing edges of the blade. In addition, the effect of the free-stream turbulence on the heat (mass) transfer is also discussed in detail.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.32
no.4
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pp.55-63
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1995
This paper describes the procedure to analyze the performance of the end-plated propeller(EPP) by a boundary integral method. The screw blade(SB) and end-plate(EP) are represented by a set of quadrilateral panels, where the source and normal dipole of uniform strength are distributed. The perturbation velocity potential, being the only unknown via the potential-based formulation, is determined by satisfying the flow tangency condition on the blade and the end-plate at the same time. The Kutta condition is satisfied through an iterative process by requiring the null pressure jump across the upper and lower sides of the trailing edges of both the SH and the EP. Sample calculations indicate that the EP increases the loading near the tip of the SB while spreading the trailing vortices along the trailing edge of the EP, thus avoiding the strong tip-vortex formation. Predicted performance of the EPP shows good correlations with the experimental results. The method is therefore considered applicable in designing and analyzing the EPP which may be an alternative for energy-saving propulsive devices.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.1
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pp.1-7
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2014
The present study numerically investigated the effect of the advance ratio on the wake characteristics of the marine propeller in the propeller open water test. Therefore, a wide range of the advance ratio(0.2${\kappa}-{\omega}$SST Model are considered. The three-dimensional vortical structures of tip vortices are visualized by the swirl strength, resulting in fast decay of the tip vortices with increasing the advance ratio. Furthermore, to better understanding of the wake evolution, the contraction ratio of the slip stream for different advance ratios is extracted from the velocity fields. Consequently, the slip stream contraction ratio decreases with increasing the advance ratio and successively the difference of the slip stream contraction ratio between J=0.2 and J=0.8 is about 0.1R.
Kim, Kyung-Min;Kim, Sang-In;Kim, Yun-Young;Rhee, Dong-Ho;Cho, Hyung-Hee
Proceedings of the KSME Conference
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2003.11a
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pp.436-441
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2003
The present study investigates heat/mass transfer characteristics in rotating two-pass ducts of three different aspect ratios with 90-ribbed surfaces. The results show that the flows generated by the 180-turn, rib turbulators, and duct rotation. The curvature of the 180-turn produces Dean vortices causing high heat/mass transfer in the turning region and in the upstream region of the second-pass. The rib turbulators disturb the main flow by producing reattachment and separation near the ribbed surfaces, and increase heat/mass transfer in the region between the ribs. As the rotation number increases, the heat/mass transfer discrepancy between the leading and the trailing surfaces become larger.
High-fidelity RANS simulations are presented for a ducted marine propulsor, including verification & validation (V&V) using available experimental fluid dynamics (EFD) data. CFDSHIP-IOWA is used with $\textsc{k}-\omega$ turbulence model and extensions for relative rotating coordinate system and Chimera overset grids. The mesh interpolation code PEGASUS is used for the exchange of the flow information between the overset grids. Intervals V&V for thrust, torque, and profile averaged radial velocity just downstream of rotor tip are reasonable in comparison with previous results. Flow pattern displays interaction and merging of tip-leakage and trailing edge vortices. In interaction region, multiple peaks and vorticity are smaller, whereas in merging region, better agreement with EFD. Tip-leakage vortex core position, size, circulation, and cavitation patterns for $\sigma=5$ also show a good agreement with EFD, although vortex core size is larger and circulation in interaction region is smaller.
Performances of 3 different aerodynamic analytical models, single multiple and double multiple stream tube, for vertical axis Darrieus turbine were analyzed comparatively. From the study it has been found that the models derived from stream tube assumptions can be useful for simple prediction of basic design characteristics of Darrieus turbine. But, for a large tip speed and solidity ratios, the models has shown a certain limit in its applicability according to the formulation scheme applied. The results have shown that for the case having large tip speed and solidity ratios the consideration due to stream conditions, such as trailing vortices or wakes, should be included for accurate prediction of the aerodynamic performances of Darrieus turbine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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